基于GSM彩信提醒的防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王兵　王思奇

摘要：基于GSM彩信模塊防盜系統(tǒng)以STC12C5A32S2單片機(jī)為核心，組成一個圖像采集，彩信發(fā)送，短信無線控制等子系統(tǒng)的防盜系統(tǒng)。其中免驅(qū)動攝像頭為圖像采集端，GSM模塊發(fā)送彩信。MAX232電平轉(zhuǎn)換把單片機(jī)TTL電平轉(zhuǎn)化為攝像頭所用的232電平，解決了如何采集圖像以及如何實(shí)現(xiàn)無線控制報警的問題。系統(tǒng)具有簡單清晰控制方法，可以在+5V直流電源下正常工作，能夠準(zhǔn)確及時的采集現(xiàn)場圖像，并將圖像通過GSM模塊發(fā)送到目的終端。實(shí)際調(diào)試表明，性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，通過判斷后選擇性報警，達(dá)到防盜效果。

關(guān)鍵詞：GSM模塊；防盜；彩信；智能

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）05-0238-02

隨著社會的進(jìn)步和科技的發(fā)展，人類社會已經(jīng)步入一個高速的發(fā)展形態(tài)。人們對生活的要求是更快、更易、更安全。GSM[1]彩信防盜系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它具有著對防盜有劃時代的意義。GSM彩信提醒防盜系統(tǒng)是利用單片機(jī)技術(shù)與GSM技術(shù)融合的新型系統(tǒng)[2]，它基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程報警，并且更安全，安裝更簡便，同時防盜能力佳、網(wǎng)絡(luò)容量大、手機(jī)號碼資源豐富、通話清晰、報警快速、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)投資成本大，維護(hù)費(fèi)用高以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋和用戶數(shù)量大等一系列問題[3，4]。它的穩(wěn)定性和投資成本以及為遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備和通信提供了一個穩(wěn)定、安全、快捷的強(qiáng)大支持平臺，同樣也就為防盜系統(tǒng)的建設(shè)與完善提供了最好的平臺。GSM彩信防盜系統(tǒng)是單片機(jī)技術(shù)、GSM通訊技術(shù)與防盜系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，是社會進(jìn)步的產(chǎn)物。

1整體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的防盜器為觸發(fā)型防盜器。當(dāng)有人開門進(jìn)入房間時，有線門磁觸發(fā)，單片機(jī)接收信號，控制串口攝像頭采集圖像，然后把圖像通過單片機(jī)傳給GSM模塊，以彩信模式發(fā)送到手機(jī)上。戶主通過彩信判斷是否有人偷竊，如果有人偷竊，那么通過短信發(fā)送指令，GSM模塊接收后傳送給單片機(jī)，單片機(jī)控制警務(wù)室中相應(yīng)的蜂鳴器及報警燈，通知警務(wù)人員。如果是家人進(jìn)入，則可不進(jìn)行任何操作。系統(tǒng)運(yùn)行過程中單片機(jī)是核心元器件，GSM模塊是數(shù)據(jù)傳輸通道，將現(xiàn)場獲取的數(shù)據(jù)以彩信的方式提供給待響應(yīng)用戶。顯示模塊不但可以用于圖像信息的獲取，還可更深層次的采集到視頻信息，為了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)提供方便。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在分析防盜系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)思想后，將可能引起干擾較多的環(huán)境因素以及數(shù)據(jù)處理過程中出現(xiàn)的滯后等因素，且存在單片機(jī)反應(yīng)延遲時間及數(shù)據(jù)傳送時間等，都會導(dǎo)致報警不及時，因此針對系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的元器件選取、走線方式和元器件位置等因素亦要考慮縮短整個系統(tǒng)的延遲時間等問題。同時，在硬件調(diào)試過程中，可能出現(xiàn)的電磁干擾、元器件耦合干擾以及環(huán)境噪聲干擾等因素也要充分考慮，系統(tǒng)關(guān)鍵部分硬件連接過程如下所述。

2.1單片機(jī)與攝像頭串口通信電路的設(shè)計(jì)

STC12C5A32S2單片機(jī)本身具有串行口，盡管增強(qiáng)了該單片機(jī)的應(yīng)用范圍，促進(jìn)了點(diǎn)對點(diǎn)的串行通信、多機(jī)通信以及相互之間串口通信模式。但這類串行口的輸入、輸出都為TTL電平，這種信號傳輸模式中自身具有的抗干擾能力差、傳輸距離較短等問題自然就表現(xiàn)出來了。為了延長串行通信的距離，提升串行通信的可靠度，通用的方法是采用標(biāo)準(zhǔn)串行接口[5]，如RS-232。這種RS-232標(biāo)準(zhǔn)定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，其電纜傳輸標(biāo)準(zhǔn)信號最大長度為30m，標(biāo)準(zhǔn)信號最高數(shù)據(jù)傳輸速率為20Kb/s。利用RS-232擴(kuò)展后與攝像頭串口通信電路如圖1所示。

2.2 GSM模塊M20

GSM模塊是融合了GSM射頻芯片為主體，基帶處理芯片為核心，信號功放與數(shù)據(jù)存儲器等功能為一體集成電路，該模塊操作系統(tǒng)獨(dú)立，提供標(biāo)準(zhǔn)接口電路。因此該模塊將短信、語音和相關(guān)的GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ芡ㄟ^接口的方式融合形成整體。該防盜系統(tǒng)中采用的GSM模塊類型為M20。該模塊具有如下功能特點(diǎn)：1短信的收發(fā)；2 借助短信通道完成信號覆蓋以內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸；3 基本的語音通話；4利用數(shù)傳模式實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)的無線傳輸；5 自動應(yīng)答式的無線上網(wǎng)；6用SIM卡座安裝SIM卡片，實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)或計(jì)算機(jī)等可編程元器件串口通信，其串口波特率為9600bps。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)基本思路是采用順序執(zhí)行，從上而下的編程思想，但為了程序的可讀性，通常將每個基本功能以子程序的方式體現(xiàn)，從而完成全部功能。單獨(dú)針對單片機(jī)而言，系統(tǒng)在主程序中循環(huán)地調(diào)用具有不同優(yōu)先級的中斷子程序和功能子程序，并且二者之間可能存在相互調(diào)用和嵌套。因此在編寫程序的過程中以流程圖的方式表述出來，這將使得程序流程更加清晰明了。

主程序是單片機(jī)執(zhí)行的唯一入口，在主程序中循環(huán)調(diào)用其他功能的中斷或者功能子程序。圖2所示為該系統(tǒng)的主程序流程圖，按照功能需求先是檢測門磁信號是否觸發(fā)，若觸發(fā)則啟動攝像頭及拍照模式；然后將獲取的圖像信息傳輸?shù)巾憫?yīng)的終端；最后是啟動用戶處理程序，達(dá)到圖像傳輸?shù)哪康?。在整個程序處理過程中，GSM圖像傳輸和接收是系統(tǒng)的核心，其流程如圖3所示。

4軟硬件聯(lián)合調(diào)試

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，要進(jìn)行軟硬件的聯(lián)合調(diào)試。以系統(tǒng)基本需求為基礎(chǔ)，逐項(xiàng)對系統(tǒng)軟件和硬件出現(xiàn)的故障逐一排查，并增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。本系統(tǒng)在調(diào)試過程中主要包括單片機(jī)的離線調(diào)試和系統(tǒng)的在線調(diào)試兩個步驟，離線調(diào)試是在實(shí)驗(yàn)室中根據(jù)軟硬件的特點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)調(diào)試，在線調(diào)試是在應(yīng)用現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際環(huán)境進(jìn)行實(shí)際測試。離線調(diào)試中又包括軟件調(diào)試和硬件調(diào)試，軟硬件調(diào)試可以并行處理，即進(jìn)行軟件調(diào)試的過程中脫離硬件環(huán)境，同理硬件調(diào)試亦可以借助某些工具脫離軟件環(huán)境獨(dú)立判斷是否有短接、虛焊等問題。逐步針對各自出現(xiàn)的問題進(jìn)行整改，尋根溯源，通過修改各自的程序找到出現(xiàn)問題的根源。在線調(diào)試過程包括靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試兩部分，同時二者之間互相補(bǔ)充。

（1）靜態(tài)調(diào)試：在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中，靜態(tài)調(diào)試中系統(tǒng)軟件體現(xiàn)不出來，但硬件環(huán)境應(yīng)該根據(jù)經(jīng)驗(yàn)逐項(xiàng)檢查。首先電源電壓的極性是否接反或者是否會出現(xiàn)電壓過高而導(dǎo)致元器件或者傳感器造成損壞等現(xiàn)象，同時應(yīng)考慮地線的連接是否為公共地，從而保證電壓穩(wěn)定；然后查看門磁的安裝是否牢靠，不要因?yàn)榍岸藗鞲衅鞯牟徽_連接而導(dǎo)致誤操作；其次查看串口連接是否正確，尤其注意RXD/TXD的對應(yīng)關(guān)系是否正確；最后通過直觀判斷整個系統(tǒng)中是否有短接、虛接、焊點(diǎn)脫落等現(xiàn)象，尤其注意芯片方向是否有插反現(xiàn)象。

（2）動態(tài)調(diào)試：也就是系統(tǒng)在具體的應(yīng)用環(huán)境中結(jié)合出現(xiàn)的問題再逐項(xiàng)整改。首先針對現(xiàn)場的電磁干擾、機(jī)械振動等環(huán)境因素進(jìn)行評估，是否超過了所有芯片中的最低抗干擾范圍；其次模擬系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境對其進(jìn)行調(diào)試，檢測數(shù)據(jù)是否有誤操作現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)象判斷是軟件中出現(xiàn)的問題還是硬件連接中出現(xiàn)的問題；最后在系統(tǒng)中將修改后的程序或硬件進(jìn)行試運(yùn)行。

5 結(jié)論

以防盜為目的，利用門磁為傳感器開關(guān)量信息，單片機(jī)為控制核心、GSM模塊為數(shù)據(jù)傳輸通道構(gòu)建的基于GSM彩信提醒的防盜系統(tǒng)，綜合解決了圖像的獲取、圖像的傳輸和圖像的接收等一系列核心關(guān)鍵技術(shù)。完成了圖像從數(shù)據(jù)源位置到用戶終端的傳輸過程，大大提升了此類數(shù)據(jù)可應(yīng)用性。并結(jié)合系統(tǒng)調(diào)試過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行了相關(guān)調(diào)試的探討。通過實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，該系統(tǒng)具有良好的可靠性和穩(wěn)定性，有進(jìn)一步推廣應(yīng)用的必要。

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